[发明专利]用于地下管道安装的系统和方法

说明书

公开了用于在地下安装管道的系统和方法。该系统包括气动夯锤，所述气动夯锤构造为向管道部分提供冲击力。该系统还包括主顶进框架，所述主顶进框架联接到所述气动夯锤，所述主顶进框架包括用于接触所述管道部分的表面。该系统还包括一个或多个液压千斤顶，所述液压千斤顶联接到所述主顶进框架并且构造为向所述管道部分提供液压力。该系统还包括轨道组，所述轨道组联接到所述主顶进框架，所述轨道组允许所述主顶进框架在纵向方向上滑动。可以包括一个可独立移位的土壤清除系统以清除在安装期间进入到管道内部的污物并且根据需要增加额外顶进力。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年2月13日提交的名称为“无沟槽管道安装方法及装置(Trenchless Pipeline Installation Method and Apparatus)”的美国临时专利申请第62/629,865号的权益，其全部内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及用于安装管道的地下部分的系统和方法，该地下部分包括管线、气体总管、供水和下水道管线、公用设施管道和其他公用设施。更具体地，本发明涉及无沟槽地下管道安装，例如使用适于使用液压顶进力、气动冲击力和在安装期间进入到管道内部的土壤的污物提取过程中的一种或多种安装新管道的工具和方法。

背景技术

各种应用要求在两个站之间—例如在两个人孔之间或高速公路的两侧之间—在它们之间不形成沟槽的情况下安装地下管道。

已经开发了几种现有技术来完成载管(也称为产品管)或保护性管状套管(通常为钢制套管)的无沟槽安装。这些方法大多数基于施加至管道以抵靠土地的静态推力；也就是说，管道或套管借助于液压操作的顶进单元从预先准备好的启动井或入口井顶进穿过土地到达目标井。通常，所有这些基于管道顶进的设备(例如，水平螺旋钻孔机、导向钻孔机和微型掘进机等)均需要位于第一管道前方的旋转护罩或切割头，以便切割它前方的土地；以及将弃土运输到起始坑的系统。此外，所有这些方法均具有对于大型且强大的液压千斤顶的需求，以不仅克服正在安装的管道的表面摩擦，而且克服额外的穿透力以便能够切割位于切割头前方的土地。

在美国专利第4,013,134号中提出了一种情况的螺旋钻孔机。通常，该机器包括基座，该基座包括间隔开的轨道构件，该轨道构件设置在与待被钻孔的山丘相邻的沟槽中。该机器还包括安装成用于沿轨道装置移动的框架，并且这样的滑架支撑用于使螺旋钻杆的被连接部分旋转的动力系，该螺旋钻杆包括可以逐渐延伸的钻孔螺旋钻(参见图1)。框架支撑用于将套管的各部分驱动到钻孔中的推动器环，并且提供了相关的推动缸以用于使框架和推动器环沿轨道前进和缩回。

这种类型的机器的一个缺点在于需要与待安装的管道直径相近的一整组的螺旋钻(至少与整个驱动器的长度相同)以便将来自切割头的弃土拖拽到顶进坑或入口井。因此，如果不同的项目需要安装不同直径的管道，则在大多数情况下，必须再次购买整个螺旋钻组。使用连续螺旋钻的另一个缺点是这种类型的系统的高扭矩要求。高扭矩会增加靠近机器工作的人员受伤或死亡的可能性，因为存在面对坚硬的土地时机器在其侧面上倾翻从而砸到靠近它的任何物体或任何人的风险。高扭矩要求是由于：切割位于切割头前方的自然土地所需的扭矩、使整组螺旋钻在钢制套管内移动所需的能量、和/或沿所有已安装的管道拖拽弃土所需的扭矩。这种基于连续螺旋钻的弃土提取系统产生弃土的拖拽，作为被污物围绕的那些螺旋钻的旋转所产生的反作用。在此过程中，相当大一部分能量由于摩擦以及土地与螺旋钻之间产生的径向力分量而损失。该方法的另一个问题是，在浅层安装或沙质土壤中，存在产生下沉孔的风险。